Name: design and optimization strategies of a high-performance vented box
Uploaded: 2023-06-09T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Design and Optimization Strategies of a High-Performance Vented Box at JoVE.com

מחקר זה נתמך על ידי Wenzhou Science and Technology Bureau of China (פרויקט חדשנות מדעית וטכנולוגית גדול של וונג'ואו תחת מענק מס 'ZG2020029). המחקר ממומן על ידי אגודת וונג'ואו למדע וטכנולוגיה עם מענק מס 'KJFW09. מחקר זה נתמך על ידי תוכנית המדע והמחקר העירונית של וונג'ואו (ZN2022001).

1. עיבוד טרום סימולציה
הערה: בהתחשב במערכי הצינורות, החצי התחתון התלת-ממדי והחצי העליון של דגמי הקופסאות המאווררות נקבעים באמצעות תוכנה תלת-ממדית ושמירתם כקבצים X_T, הממדים הכוללים מוצגים באיור 1. תצורות מוצגות בטבלת החומרים.
<ol><li>הפעל את תוכנת הסימו...

<ol>
	<li>Villa-Rodriguez, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maintaining+antioxidant+potential+of+fresh+fruits+and+vegetables+after+harvest.">Maintaining antioxidant potential of fresh fruits and vegetables after harvest.</a> Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 55 (6), 806-822 (2015).</li><li>Mozaffari, H., Lafreni&#232;re, J., Conklin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Does+eating+more+variety+of+fruits+and+vegetables+reduce+risk+of+cancer?+Findings+from+a+systematic+review+and+meta-analysis.">Does eating more variety of fruits and vegetables reduce risk of cancer? Findings from a systematic review and meta-analysis.</a> Current Developments in Nutrition. 4, 339-339 (2020).</li><li>Wu, S., Fisher-Hoch, S. P., Reininger, B. M., Lee, M., McCormick, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fruit+and+vegetable+intake+is+inversely+associated+with+cancer+risk+in+Mexican-Americans.">Fruit and vegetable intake is inversely associated with cancer risk in Mexican-Americans.</a> Nutrition and Cancer. 71 (8), 1254-1262 (2019).</li><li>Nan, M., Xue, H., Bi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contamination,+detection+and+control+of+mycotoxins+in+fruits+and+vegetables.">Contamination, detection and control of mycotoxins in fruits and vegetables.</a> Toxins. 14 (5), 309 (2022).</li><li>Alothman, M., Bhat, R., Karim, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+radiation+processing+on+phytochemicals+and+antioxidants+in+plant+produce.">Effects of radiation processing on phytochemicals and antioxidants in plant produce.</a> Trends in Food Science &amp; Technology. 20 (5), 201-212 (2009).</li><li>Ayala-Zavala, J. F., Wang, S. Y., Wang, C. Y., Gonz&#225;lez-Aguilar, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+storage+temperatures+on+antioxidant+capacity+and+aroma+compounds+in+strawberry+fruit.">Effect of storage temperatures on antioxidant capacity and aroma compounds in strawberry fruit.</a> LWT-Food Science and Technology. 37 (7), 687-695 (2004).</li><li>Piljac-&#381;egarac, J., &#352;amec, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Antioxidant+stability+of+small+fruits+in+postharvest+storage+at+room+and+refrigerator+temperatures.">Antioxidant stability of small fruits in postharvest storage at room and refrigerator temperatures.</a> Food Research International. 44 (1), 345-350 (2011).</li><li>Lal Basediya, A., Samuel, D. V. K., Beera, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaporative+cooling+system+for+storage+of+fruits+and+vegetables+-+a+review.">Evaporative cooling system for storage of fruits and vegetables - a review.</a> Journal of Food Science and Technology. 50 (3), 429-442 (2013).</li><li>Sandhya, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modified+atmosphere+packaging+of+fresh+produce:+Current+status+and+future+needs.">Modified atmosphere packaging of fresh produce: Current status and future needs.</a> LWT-Food Science and Technology. 43 (3), 381-392 (2010).</li><li>Bassey, E. J., Cheng, J. H., Sun, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+nonthermal+and+thermal+pretreatments+for+enhancing+drying+performance+and+improving+quality+of+fruits+and+vegetables.">Novel nonthermal and thermal pretreatments for enhancing drying performance and improving quality of fruits and vegetables.</a> Trends in Food Science &amp; Technology. 112, 137-148 (2021).</li><li>Mieszczakowska-Fr&#261;c, M., Celejewska, K., P&#322;ocharski, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+innovative+technologies+on+the+content+of+vitamin+C+and+its+bioavailability+from+processed+fruit+and+vegetable+products.">Impact of innovative technologies on the content of vitamin C and its bioavailability from processed fruit and vegetable products.</a> Antioxidants. 10 (1), 54 (2021).</li><li>Xue, Z., Li, J., Yu, W., Lu, X., Kou, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+nonthermal+preservation+technologies+on+antioxidant+activity+of+fruits+and+vegetables:+A+review.">Effects of nonthermal preservation technologies on antioxidant activity of fruits and vegetables: A review.</a> Food Science and Technology International. 22 (5), 440-458 (2016).</li><li>Olaimat, A. N., Holley, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+influencing+the+microbial+safety+of+fresh+produce:+a+review.">Factors influencing the microbial safety of fresh produce: a review.</a> Food Microbiology. 32 (1), 1-19 (2012).</li><li>Caleb, O. J., Mahajan, P. V., Al-Said, F. A. J., Opara, U. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modified+atmosphere+packaging+technology+of+fresh+and+fresh-cut+produce+and+the+microbial+consequences-a+review.">Modified atmosphere packaging technology of fresh and fresh-cut produce and the microbial consequences-a review.</a> Food and Bioprocess Technology. 6 (2), 303-329 (2013).</li><li>Waghmare, R. B., Mahajan, P. V., Annapure, U. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modelling+the+effect+of+time+and+temperature+on+respiration+rate+of+selected+fresh-cut+produce.">Modelling the effect of time and temperature on respiration rate of selected fresh-cut produce.</a> Postharvest Biology and Technology. 80, 25-30 (2013).</li><li>Praeger, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Airflow+distribution+in+an+apple+storage+room.">Airflow distribution in an apple storage room.</a> Journal of Food Engineering. 269, 109746 (2020).</li><li>Praeger, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+room+layout+on+airflow+distribution+in+an+industrial+fruit+store.">Influence of room layout on airflow distribution in an industrial fruit store.</a> International Journal of Refrigeration. 131, 714-722 (2021).</li><li>Berry, T. M., Delele, M. A., Griessel, H., Opara, U. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geometric+design+characterisation+of+ventilated+multi-scale+packaging+used+in+the+South+African+pome+fruit+industry.">Geometric design characterisation of ventilated multi-scale packaging used in the South African pome fruit industry.</a> Agricultural Mechanization in Asia, Africa, and Latin America. 46 (3), 34-42 (2015).</li><li>Dehghannya, J., Ngadi, M., Vigneault, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mathematical+modeling+of+airflow+and+heat+transfer+during+forced+convection+cooling+of+produce+considering+various+package+vent+areas.">Mathematical modeling of airflow and heat transfer during forced convection cooling of produce considering various package vent areas.</a> Food Control. 22 (8), 1393-1399 (2011).</li><li>Dehghannya, J., Ngadi, M., Vigneault, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transport+phenomena+modelling+during+produce+cooling+for+optimal+package+design:+thermal+sensitivity+analysis.">Transport phenomena modelling during produce cooling for optimal package design: thermal sensitivity analysis.</a> Biosystems Engineering. 111 (3), 315-324 (2012).</li><li>Delele, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+discrete+element+and+CFD+modelling+of+airflow+through+random+stacking+of+horticultural+products+in+vented+boxes.">Combined discrete element and CFD modelling of airflow through random stacking of horticultural products in vented boxes.</a> Journal of Food Engineering. 89 (1), 33-41 (2008).</li><li>Ilangovan, A., Curto, J., Gaspar, P. D., Silva, P. D., Alves, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CFD+modelling+of+the+thermal+performance+of+fruit+packaging+boxes-influence+of+vent-holes+design.">CFD modelling of the thermal performance of fruit packaging boxes-influence of vent-holes design.</a> Energies. 14 (23), 7990 (2021).</li><li>Gong, Y. F., Cao, Y., Zhang, X. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forced-air+precooling+of+apples:+Airflow+distribution+and+precooling+effectiveness+in+relation+to+the+gap+width+between+tray+edge+and+box+wall.">Forced-air precooling of apples: Airflow distribution and precooling effectiveness in relation to the gap width between tray edge and box wall.</a> Postharvest Biology and Technology. 177, 111523 (2021).</li><li>Guo, R., Li, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+dissipation+analysis+and+optimization+of+lithium-ion+batteries+with+a+novel+parallel-spiral+serpentine+channel+liquid+cooling+plate.">Heat dissipation analysis and optimization of lithium-ion batteries with a novel parallel-spiral serpentine channel liquid cooling plate.</a> International Journal of Heat and Mass Transfer. 189, 122706 (2022).</li><li>Chen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+geometric+parameters+of+hydraulic+turbine+runner+in+turbine+mode+based+on+the+orthogonal+test+method+and+CFD.">Optimization of geometric parameters of hydraulic turbine runner in turbine mode based on the orthogonal test method and CFD.</a> Energy Reports. 8, 14476-14487 (2022).</li><li>Yun-De, S., Hai-Dong, Q., Sun, B., Li, Z. Z., Cao, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+analysis+of+fresh+vegetable+box+based+on+multiporosity+material.">Flow analysis of fresh vegetable box based on multiporosity material.</a> International Journal of Education and Management Engineering. 2 (1), 29 (2012).</li><li>Elansari, A. M., Mostafa, Y. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vertical+forced+air+pre-cooling+of+orange+fruits+on+bin:+Effect+of+fruit+size,+air+direction,+and+air+velocity.">Vertical forced air pre-cooling of orange fruits on bin: Effect of fruit size, air direction, and air velocity.</a> Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences. 19 (1), 92-98 (2020).</li></ol>

בשל ביצועיה הגבוהים והמבנה המורכב שלה, במחקר זה בנינו קופסה מאווררת המבוססת על תוכנת מידול. ניתחנו את הזרימה הפנימית באמצעות תוכנת סימולציה. תוכנת סימולציה ידועה ביכולות המידול הפיזיקליות המתקדמות שלה, הכוללות מידול מערבולות, זרימות חד-פאזיות ורב-פאזיות, בעירה, מידול סוללות, אינטראקציה ב...

ירקות ופירות טריים תופסים שיעור גבוה של צריכת מזון אנושית, לא רק משום שיש להם טעם טוב וצורה אטרקטיבית, אלא גם משום שהם מועילים מאוד לאנשים להשיג תזונה ולשמור על הבריאות1. מחקרים רבים הראו כי פירות וירקות טריים ממלאים תפקיד ייחודי במניעת מחלות רבות 2,3. בתהליך האחסון של פירות וירקות טריים, פטריות, אור, טמפרטורה ולחות יחסית הם הסיבות החשובות להידרדרותם 4,5,6,7,8. תנאים חיצוניים אלה משפיעים על איכות הפירות והירקות הטריים המאוחסנים על ידי השפעה על חילוף החומרים הפנימי או תגובות כימיות9.
טכנולוגיות טיפול נפוצות בפירות וירקות כוללות שימור לא תרמי ותרמי. ביניהם, טיפול מקדים תרמי יש השפעה חיובית על תהליך הייבוש, אבל זה יכול להיות גם השפעות שליליות על איכות המוצר, כגון אובדן של חומרים מזינים, שינוי טעם וריח, ושינוי צבע10,11. לכן, בשנים האחרונות, שימור לא תרמי של מוצרים קיבל תשומת לב מנקודת מבט מחקרית כדי לענות על הביקוש של הצרכנים למוצרים טריים. כיום, יש בעיקר עיבוד קרינה, שדה חשמלי פועם, עיבוד אוזון, ציפויים אכילים, פחמן דו חמצני פאזה צפופה, וטכנולוגיות שימור לא תרמיות אחרות לאחסון פירות וירקות, אך לטכנולוגיות אלה יש לעתים קרובות חסרונות, כגון דרישת ציוד גדול, מחיר גבוה ועלות השימוש12. לכן, תכנון מבנה פשוט, עלות נמוכה, ושליטה נוחה על ציוד השימור הוא משמעותי מאוד לתעשיית המזון.
בסביבת האחסון של פירות וירקות, מערכת זרימת אוויר נכונה מסייעת לחסל את החום שנוצר על ידי המוצר עצמו, להפחית את שיפוע הטמפרטורה ולשמור על הטמפרטורה והלחות בחלל בו הוא נמצא. זרימת אוויר תקינה מונעת גם ירידה במשקל עקב נשימה וזיהומים פטרייתיים13,14,15. מחקרים רבים נערכו על זרימת אוויר בתוך מבנים שונים. Praeger et al.16,17 מדדו את מהירות הרוח במיקומים שונים תחת עוצמות הפעלה שונות של מאווררים במחסן באמצעות חיישנים ומצאו שיכול להיות הבדל גדול עד פי שבעה במהירות האוויר עקב גבהים אנכיים שונים, ומהירות האוויר בכל מיקום הייתה בקורלציה חיובית עם כוח הפעולה של המאוורר. יתר על כן, מחקר בחן את ההשפעה של סידור המטען ומספר המאווררים על זרימת האוויר, והגיע למסקנה כי הגדלת המרחק של חלק מעמדות המאווררים ובחירה מושכלת של מספר המאווררים סייעו בשיפור האפקט. ברי ועמיתיו חקרו את ההשפעה של זרימת אוויר בסביבות אחסון פירות שונות על פיזור הפיוניות בקופסאות אריזה. באמצעות תוכנת סימולציה, Dehghannya et al.19,20 חקרו את מצב זרימת האוויר של אוויר טרום קר כפוי באריזה עם אזורי אוורור, כמויות ומיקומי הפצה שונים על דופן האריזה, והשיגו את ההשפעה הלא ליניארית של כל פרמטר על מצב זרימת האוויר. Delele et al.21 יישמו מודל חישובי של דינמיקת נוזלים כדי לחקור את ההשפעה של מוצרים המופצים באופן אקראי בצורות שונות של קופסאות אוורור על זרימת האוויר. הם מצאו שלגודל המוצר, לנקבוביות וליחס חורי הקופסה הייתה השפעה גדולה יותר על זרימת האוויר, בעוד שלמילוי אקראי הייתה השפעה קטנה יותר. Ilangovan et al.22 חקרו דפוסי זרימת אוויר והתנהגות תרמית בין שלושת מבני האריזה והשוו את התוצאות עם מודלים מבניים ייחוס. התוצאות הראו שפיזור החום בקופסה לא היה אחיד בגלל המיקומים והעיצובים השונים של פתח האוורור. Gong et al.23 ייעל את רוחב הרווח בין קצה המגש לדופן המיכל.
הטכניקות המשמשות במאמר זה כוללות שיטות סימולציה ואופטימיזציה. העיקרון של הראשון הוא שהמשוואות השולטות היו דיסקרטיות ונפתרו מספרית באמצעות שיטת הנפח הסופי21. שיטת האופטימיזציה המשמשת במאמר זה מכונה אופטימיזציה אורתוגונלית24. הבדיקה האורתוגונלית היא שיטת ניתוח רב-גורמית ורב-שכבתית טיפוסית. הטבלה האורתוגונלית הבנויה בשיטה זו מכילה נקודות מייצגות המפוזרות באופן אחיד בחלל העיצובי, אשר יכולות לתאר ויזואלית את החלל העיצובי כולו ולהיבחן. כלומר, פחות נקודות מייצגות את מבחן הפקטור המלא, וחוסכות מאוד זמן, כוח אדם, חומר ומשאבים כספיים. המבחן האורתוגונלי נמצא בשימוש נרחב בתכנון ניסויים בתחומי מערכות כוח, כימיה, הנדסה אזרחית וכו '25.
מטרת מחקר זה היא לתכנן ולמטב קופסת אוורור בעלת ביצועים גבוהים. קופסה מאווררת יכולה להיות מוגדרת כקופסה מקורית הכוללת מכשיר בקרת גז המפזר את הגז באופן אחיד בקופסה. אחידות מהירות מתייחסת לאופן שבו האוויר זורם באופן שווה דרך התיבה המאווררת. Yun-De et al.26 הראו בעבר כי לתכונה של חומר רב-נקבובי יש השפעה חשובה על אחידות המהירות של קופסת ירקות טריים. בחלק מהניסויים, מליאה או תא מווסת הושארו הן בחלק העליון והן בחלק התחתון של תא הבדיקה כדי להבטיח התפלגות הומוגנית של אוויר מאולץ או מושרה27. קופסת האוורור המעוצבת בנייר זה מכילה מערכים של צינורות עם חורי זיגזג. שליטה בפיזור זרימת האוויר בתיבה המאווררת היא אסטרטגיית השימור העיקרית. ישנם שני פתחי אוויר בגודל שווה הממוקמים במקביל בצד שמאל וימין של התיבה המאווררת, ושקע מוגדר בצד העליון של התיבה. תכנון המבנה הפנימי של קופסה מאווררת הוא המפתח למחקר זה. במילים אחרות, מספר הצינורות והחורים הוא פרמטר חשוב לשינוי המבנה הפנימי של התיבה המאווררת. מודל הייחוס כולל 10 צינורות. לשני הצינורות האמצעיים יש 10 חורים כל אחד, אשר מדורגים על פני הצינורות. מספר החורים מהצינור האמצעי לחיצוני גדל בשניים בכל פעם.
במילים אחרות, כאשר אנו שומרים על ירקות, פירות ומוצרים טריים אחרים, זרימת אוויר רציפה ויציבה יכולה להפחית את הנשימה של מוצרים, להפחית אתילן וחומרים מזיקים אחרים לשימור המוצר, ולהפחית את הטמפרטורה המיוצרת על ידי המוצרים עצמם. בשל הפרמטרים השונים של התיבה המאווררת, לא קל להשיג את מצב זרימת האוויר הנדרש, אשר ישפיע על תכונת השימור של התיבה המאווררת. לכן, הפרויקט לוקח את אחידות מהירות זרימת האוויר הפנימית של התיבה המאווררת כיעד הבקרה. בוצע ניתוח רגישות לפרמטרים המבניים של התיבה המאווררת. הדגימות נבחרו על ידי תכנון ניסויי אורתוגונלי. השתמשנו בניתוח טווח כדי לייעל את השילוב של שלושת הפרמטרים המבניים. בינתיים, אנו מאמתים את הכדאיות של תוצאות האופטימיזציה.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Hardware</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NVIDIA GPU</td>
			<td>NVIDIA</td>
			<td>N/A</td>
			<td>An NVIDIA GPU is needed as some of the software frameworks below will not work otherwise. https://www.nvidia.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ansys-Workbench</td>
			<td>ANSYS</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Multi-purpose finite element method computer design program software.https://www.ansys.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SOLIDWORKS</td>
			<td>Dassault Systemes</td>
			<td>N/A</td>
			<td>SolidWorks provides different design solutions, reduces errors in the design process, and improves product quality 
			www.solidworks.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SPSS</td>
			<td>IBM</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Software products for statistical analytical operations, data mining, predictive analysis, and decision support tasks software.https://www.ibm.com</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

design and optimization strategies of a high-performance vented box

מחקר זה נועד לפתור את הבעיות של זרימת אוויר, כאוס וביצועים ירודים בתיבה מאווררת הנגרמת על ידי התפלגות הטרוגנית של זרימת האוויר באמצעות תכנון המבנה הפנימי של התיבה המאווררת עם צריכת אנרגיה קבועה. המטרה הסופית היא לחלק באופן שווה את זרימת האוויר בתוך הקופסה המאווררת. ניתוח רגישות בוצע עבור שלושה פרמטרים מבניים: מספר הצינורות, מספר החורים בצינור האמצעי, ומספר כל תוספת מהצינור הפנימי לחיצוני. בסך הכל נקבעו 16 קבוצות מערך אקראיות של שלושה פרמטרים מבניים עם ארבע רמות באמצעות תכנון ניסויי אורתוגונלי. תוכנה מסחרית שימשה לבניית מודל תלת ממדי עבור נקודות הניסוי שנבחרו, ונתונים אלה שימשו להשגת מהירויות זרימת האוויר, אשר שימשו לאחר מכן כדי לקבל את סטיית התקן של כל נקודת ניסוי. על פי ניתוח הטווח, השילוב של שלושת הפרמטרים המבניים היה אופטימלי. במילים אחרות, נקבעה שיטת אופטימיזציה יעילה וחסכונית בהתחשב בביצועי הקופסה המאווררת, וניתן היה להשתמש בה באופן נרחב כדי להאריך את זמן האחסון של מזון טרי.

בעקבות הפרוטוקול, שלושת החלקים הראשונים היו החשובים ביותר, הכוללים מידול, רשת וסימולציה, הכל על מנת לקבל את סטיית התקן של קצב הזרימה. לאחר מכן, השלמנו את אופטימיזציה של המבנה של התיבה המאווררת באמצעות ניסויים אורתוגונליים וניתוח טווחים. המודל המשמש בפרוטוקול הוא מודל תיבת הייחוס, שהוא המו?...

Watch this Scientific Journal Video about Design and Optimization Strategies of a High-Performance Vented Box at JoVE.com

Design and Optimization Strategies of a High-Performance Vented Box

כאן, אנו מציגים את שיטת ניתוח הטווח כדי לייעל את נקודות הדגימה שנוצרו על ידי תכנון ניסוי אורתוגונלי כדי להבטיח כי מזון טרי יכול להיות מאוחסן בקופסה מאווררת במשך זמן רב על ידי ויסות דפוס זרימת האוויר.

אסטרטגיות תכנון ואופטימיזציה של קופסה מאווררת בעלת ביצועים גבוהים

This study aims to solve the problems of air flow chaos and poor performance in a vented box caused by the heterogeneous distribution of airflow through ...

מחקר זה נועד לפתור את הבעיות של כאוס זרימת האוויר ואת הביצועים הגרועים בתיבה מאווררת הנגרמת על ידי חלוקה בלתי סבירה של זרימת האוויר באמצעות תכנון המבנה הפנימי של התיבה מאוורר על הנחת צריכת אנרגיה קבועה. נקבעה שיטת אופטימיזציה יעילה וחסכונית בהתחשב בביצועי הקופסה המאווררת וניתן להשתמש בה בקלות כדי להאריך את זמן האחסון של מזון טרי. מטרת מחקר זה היא לתכנן ולייעל קופסה מאווררת בעלת ביצועים גבוהים המכילה מערכים של צינורות עם חורי זיגזג.ישנם שני פתחי אוויר בגודל שווה שנקבעו במקביל בצד שמאל ובצד ימין של התיבה המאווררת, ושקע הוצב בצד העליון של התיבה המאווררת. מודל הייחוס כולל 10 צינורות. לשני הצינורות האמצעיים יש 10 חורים בהתאמה, אשר מדורגים על פני הצינורות.מספר החורים מהאמצע לצינור החיצוני גדל בשניים בכל פעם. בהתחשב במערכי הצינורות, החצי התחתון התלת מימדי והחצי העליון של דגמי הקופסאות המאווררות נקבעים על ידי שימוש בתוכנה תלת מימדית ושמירתם כקבצי XT. הפעל את תוכנת הסימולציה וגרור את רכיב הרשת ממערכות רכיבים לחלון הסכמטי של הפרויקט.תן לו שם כתחתית. לחץ לחיצה ימנית על גיאומטריה ולחץ על עיון כדי לייבא את קובץ XT התחתון. לחץ לחיצה ימנית על גיאומטריה ולחץ על גיאומטריה חדשה של מודל עיצוב כדי להיכנס לחלון מודל עיצוב רשת השינוי.לחץ על צור כדי להציג את הדגם התחתון. לחצו לחיצה ימנית על המשטח העליון ולחצו על הבחירה בעלת השם כדי לשנות את שמה ל-Vented Box Upper. בחר בגופי מסנן הבחירה.לחץ לחיצה ימנית על הדגם התחתון כדי לבחור את הבחירה בעלת השם ולשנות את שמה למטה. בחר את משטחי מסנן הבחירה והעבר את מצב הבחירה לתיבת הבחירה. בחרו בכל המשטחים הפנימיים ובלחיצה ימנית לבחירת הבחירה בעלת השם ושינו את שמה למשטחים פנימיים חיצוניים, המוגדרים מאוחר יותר כממשקי רשת שינוי.חזור לחלון הראשוני. לחץ פעמיים על רשת השינוי של החלק התחתון. היכנסו לחלון השינוי.שנה את ההעדפה הפיזית ממכנית ל- CFD. לחצו על העדכון ליצירת מודל רשת השינוי. חזור לחלון הראשוני.גרור את רכיב רשת השינוי ממערכות רכיבים לחלון הסכמטי של הפרוייקט. תן לו את השם למעלה. לחץ לחיצה ימנית על גיאומטריה ולחץ על עיון כדי לייבא את קובץ XT העליון.לחץ לחיצה ימנית על גיאומטריה ולחץ על גיאומטריה חדשה של מודל עיצוב כדי להיכנס לחלון מודל עיצוב רשת השינוי. לחץ על צור כדי להציג את הדגם העליון. לחצו לחיצה ימנית על המשטח התחתון ולחצו על הבחירה בעלת השם כדי לשנות את שמה לתיבה מאווררת נמוכה יותר.בחר בגופי מסנן הבחירה. לחץ לחיצה ימנית על הדגם העליון כדי לבחור בחירה בעלת שם ולשנות את שמה לעליון. בחר את פני מסנן הבחירה.לחצו לחיצה ימנית על המשטח העליון ולחצו על הבחירה בעלת השם כדי לשנות את שמו כשקע. חזור לחלון הראשוני. לחץ פעמיים על רשת השינוי של החלק העליון.היכנסו לחלון השינוי. שנה את ההעדפה הפיזית ממכנית ל- CFD. לחצו לחיצה ימנית על רשת השינוי לבחירת הגודל בהוספה.בחר בגופי מסנן הבחירה. בחר את הדגם העליון ואת 18 הראשונים בגודל אלמנט. לחץ על עדכן.חזור לחלון הראשוני. גרור את רכיב רשת השינוי ממערכות רכיבים לחלון הסכמטי של הפרוייקט. תן לו שם צינור.ייבא את קובץ ה- XT של הצינור בלחיצה על גיאומטריה. היכנסו לחלון מודל עיצוב רשת השינוי. דגם הצינור מוצג שוב על-ידי לחיצה על צור.בחר את שני פני הקצה של הצינור ותייג אותם ככניסה אחת וכניסה שתיים. הצינור לפי בחירת הגוף מסומן כצינור. כל המשטחים הפנימיים לפי בחירת תיבה מסומנים כמשטחים פנימיים פנימיים, המוגדרים מאוחר יותר כממשקי רשת שינוי.חזור לחלון הראשוני. לחץ פעמיים על רשת הצינור. היכנסו לחלון השינוי.שנה את ההעדפה הפיזית ממכנית ל- CFD. ניתן ליצור את מודל רשת השינוי בלחיצה על עדכן. חזור לחלון הראשוני.גרור את רכיב ההדמיה לחלון הסכימה של הפרוייקט. קשר שלושה רכיבי רשת לרכיב סימולציה ועדכן כדי להיכנס. ודאו את איכות דגם רשת השינוי.בדקו אם לרשת יש נפח שלילי. בחר גורם יציב, גורם הרפיה, גורם שיורי וציר זמן. בחר ערכי ברירת מחדל.היכנס לממשק ההגדרה של דגם צמיג כדי לבחור את דגם K-epsilon. הגדר את חומר האוויר. שנה את סוג אזור התא ל- fluid.המר את סוג התיבה המאווררת העליונה, התיבה המאווררת התחתונה, המשטחים הפנימיים חיצוניים והפנימיים פנימיים מקיר ברירת המחדל לממשק. פתחו את ממשקי רשת השינוי והיכנסו לחלון יצירה/עריכה של ממשקי רשת שינוי. התאימו משטחים פנימיים חיצוניים למשטחים פנימיים פנימיים.התאימו את הקופסה המאווררת העליונה לקופסה המאווררת התחתונה. לבסוף, שני ממשקי הרשת נוצרים בין התיבה המאווררת ונקראים ממשק אחד וממשק שני, בהתאמה. הגדר את מהירויות זרימת האוויר של כל הכניסות כ- 8.9525 מטר לשנייה בחלון כניסת המהירות.הגדר את לחץ המד של המוצא כאפס בחלון יציאת הלחץ. הגדר את סגנון אתחול הפתרון כאתחול רגיל לפני האתחול. הגדר את מספר האיטרציות כ- 2000.לחץ על חשב כדי להתחיל את הסימולציה ולחזור לחלון הראשוני עד לסיום הסימולציה. לחץ על התוצאות. היכנס לחלון הדואר של CFD.לחץ על סמל היעילות בארגז הכלים. בחר שקע בנקודת התחלה מ ואחורה בכיוון. לחץ על החל כדי ליצור את דיאגרמת הזרימה הפנימית של התיבה המאווררת.לחץ על המישור במיקום. בחר מישור ZX בשיטה וערך קלט 0.6. לחץ על החל כדי ליצור את המישור במרחק של 0.6 מטר מהמשטח התחתון.לחץ על סמל קווי המתאר בארגז הכלים. בחר מישור אחד במיקומים. בחר מהירות במשתנה.בחר מקומי בטווח. לחץ על החל כדי ליצור את מיתאר המהירות. יצא את נתוני קצב הזרימה עבור המישור שנוצר לעיל.רכוש את סטיית התקן של קצב הזרימה ב- Excel. הפעל את תוכנת הניתוח הסטטיסטי. לחץ על נתונים ולחץ על צור בעיצוב אורתוגונלי.הזן מספר צינור בשם גורם ו- A בתווית גורם. לחץ על הוסף והגדר ערכים כדי להגדיר ארבע רמות למספר הצינורות. לחץ על המשך וחזור לחלון צור עיצוב אורתוגונלי.הזן מספר חור בשם גורם ו- B בתווית פקטור. לחץ על הוסף והגדר ערכים כדי להגדיר ארבע רמות למספר החורים. לחץ על המשך וחזור לחלון צור עיצוב אורתוגונלי.הזן מספר מצטבר בשם גורם ו- C בתווית גורם. לחץ על הוסף והגדר ערכים כדי להגדיר ארבע רמות למספר ההפרשים הקבועים. לחץ על המשך וצור קובץ נתונים חדש כדי ליצור 16 דוגמאות מערך.לחץ על תצוגת משתנה כדי לבחור נומינלי במידה ובקלט בתפקיד. שנה את שמו כסטיית תקן כפול 100, 000. חזור על שלבים 1.1 עד 2.5 עם נקודות לדוגמה לעיל.16 סטיות התקן המתקבלות כפול 100, 000 מתמלאות ברשימת המדגם לצורך אופטימיזציה מאוחרת יותר. לחץ על נתח ולחץ על חד-משתנים במודל ליניארי כללי. מלא סטיית תקן כפול 100, 000 למשתנה תלוי ומלא מספר צינור, מספר חור, מספר מצטבר, לגורמים קבועים.לחץ על מודל ובנה מונחים. שנה את האינטראקציה לאפקטים עיקריים. מלא A, B, C לתוך הדגם.לחץ על המשך וחזור לחלון החד-משתנה. לחץ על EM פירושו ומלא את A, B, C לתוך אמצעי התצוגה עבור. לחץ על המשך וחזור לחלון החד-משתנה.לחץ על אישור וקבל את תוצאת האופטימיזציה. הערך המינימלי של עמודת הממוצע בטבלה מתאים למשתנה האופטימלי. לחץ לחיצה כפולה על הטבלה.היכנס לחלון ה- Pivot Table. לחצו על 'עריכה' ולחצו על סרגל ב'צור גרף' ליצירת ההיסטוגרמה. כפי שניתן לראות באיור ארבע ובאיור חמש, קו הזרימה של התיבה המאווררת המאוחרת מבולגן אף יותר מזה של הראשונה, בשל המבנה הפנימי של התיבה המאווררת.כפי שניתן לראות באיור שש ובאיור שבע, קצב הזרימה בתוך הקופסה המאווררת, שהוא אחד המודלים המשמשים לניתוח רגישות, אינו אחיד יותר. על מנת להבין את התפלגות היעילות בתוך התיבה המאווררת באופן אינטואיטיבי יותר, סטיית התקן מחושבת על ידי נוסחה זו. טבלה 1 מציגה את סטיית התקן של קצבי הזרימה עבור 10 קבוצות התיבה המאווררת המשמשת לניתוח רגישות.סטיית תקן גדולה מייצגת הבדל גדול בין רוב קצבי הזרימה לבין קצב הזרימה הממוצע שלהם. לפיכך, ניתן לראות כי שינוי המבנה הפנימי של התיבה המאווררת יכול לשנות את הזרימה הפנימית שלה ולהפוך את הזרימה לסבירה יותר. בעת תכנון הניסוי האורתוגונלי, ישנם שלושה משתני תכנון במאמר זה.לכל אחד משלושת המשתנים הללו יש ארבע רמות. כפי שניתן לראות בטבלה, 16 קבוצות של נקודות תכנון ניסיוני התקבלו על ידי תכנון ניסויי אורתוגונלי. סטיות התקן מחושבות.בסופו של דבר, שיטת ניתוח הטווח משמשת כשיטת האופטימיזציה למציאת שילוב פרמטר מבנה אופטימלי. איור 8 מציג את תוצאת המיטוב עבור הפרמטר המבני לגבי מספר הצינורות. מכאן, אנו יכולים לראות כי הערך המינימלי מתקבל כאשר מספר הצינורות הוא 14.איור תשע מציג את תוצאת המיטוב עבור פרמטר המבנה לגבי מספר החורים בצינורות האמצעיים. מכאן, אנו יכולים לראות כי הערך המינימלי מתקבל כאשר מספר החורים בצינורות האמצעיים הוא 14. איור 10 מציג את תוצאת המיטוב עבור הפרמטר המבני לגבי מספר כל תוספת מהצינור הפנימי לחיצוני.מכאן, אנו יכולים לראות כי הערך המינימלי מתקבל כאשר מספר כל תוספת מבפנים לצינור החיצוני הוא ארבע. הניתוח לעיל מראה כי השילוב האופטימלי הוא צינור מספר 14, חור מספר 14, מספר מצטבר ארבע. לאישור הדיוק, נותח המקרה האופטימלי.איורים 4 ו-11 מראים את קו היעילות של מודל הייחוס לעומת המודל הממוטב. איורים 6 ו-12 מראים את התפלגות מהירות הזרימה בתוך מודל הייחוס לעומת המודל הממוטב. טבלה 3 מציגה את ההשוואה בין מודל המיטוב למודל הייחוס.ניתן לראות כי סטיית התקן המחושבת על ידי המודל הממוטב נמוכה בהשוואה לסטיית התקן של מודל הייחוס. טבלה רביעית מציגה את הגידול במספר החורים מארבעה לשישה, עם שינוי מועט בסטיית התקן. במאמר זה, הסביבה הפנימית של התיבה המאווררת משופרת על ידי אופטימיזציה של המבנה שלה, ואיכות הסביבה הפנימית שלה נמדדת על ידי סטיית תקן.ככל שסטיית התקן קטנה יותר, כך זרימת האוויר בתוך התיבה המאווררת סבירה יותר, מה שמצביע על כך ששיטת האופטימיזציה שאומצה בעבודה זו יעילה וישימה.

Research

JoVE Journal

Engineering

Research and Development of High-performance Explosives

מחקר ופיתוח של חומרי נפץ ביצועים גבוהים

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance ...

Probing C84-embedded Si Substrate Using Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics

Probing C84-embedded Si Substrate Using Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics

גשוש C<sub&gt; 84</sub&gt; -embedded Si המצע באמצעות סריקת בדיקה מיקרוסקופית דינאמיקה מולקולארית

This paper reports an array-designed C84-embedded Si substrate fabricated using a controlled self-assembly method in an ultra-high vacuum chamber. The ...

A High Performance Impedance-based Platform for Evaporation Rate Detection

בעל ביצועים גבוהים פלטפורמת עכבה מבוססת איתור דרג אידוי

This paper describes the method of a novel impedance-based platform for the detection of the evaporation rate. The model compound hyaluronic acid was ...

Scalable Solution-processed Fabrication Strategy for High-performance, Flexible, Transparent Electrodes with Embedded Metal Mesh

מדרגית פתרון פתרון עיבוד מעובד עבור ביצועים גבוהים, גמיש, אלקטרודות שקוף עם רשת Embedded מתכת

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a ...

Detecting the Water-soluble Chloride Distribution of Cement Paste in a High-precision Way

זיהוי ההתפלגות כלוריד מסיסים במים של מלט הדבקה בדרך ברמת דיוק גבוהה

To improve the accuracy of the chloride distribution along the depth of cement paste under cyclic wet-dry conditions, a new method is proposed to obtain a ...

Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

בסיוע זרימת Dielectrophoresis: שיטה בעלות נמוכה עבור הזיוף של התקני ננו-חוט processable-פתרון ביצועים גבוהים

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...

Developing High Performance GaP/Si Heterojunction Solar Cells

פיתוח תאים סולריים ביצועים גבוהים פער/סי Heterojunction

To improve the efficiency of Si-based solar cells beyond their Shockley-Queisser limit, the optimal path is to integrate them with III-V-based solar ...

Optimization, Test and Diagnostics of Miniaturized Hall Thrusters

אופטימיזציה, בדיקה ואבחון של הול ולמחקר מדחפים

Miniaturized spacecraft and satellites require smart, highly efficient and durable low-thrust thrusters, capable of extended, reliable operation without ...

A 100 KW Class Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster

100 קילוואט שיעור חלה-שדה Magnetoplasmadynamic מנוע

Applied-field magnetoplasmadynamic thrusters (AF-MPD thrusters) are hybrid accelerators in which electromagnetic and gas dynamic processes accelerate ...

Structural Design and Manufacturing of a Cruiser Class Solar Vehicle

תכנון וייצור של ספינת-קרב כיתה רכב סולארי

Cruisers are multi-occupant solar vehicles that are conceived to compete in long-range (over 3,000 km) solar races based on the best compromise between ...